Studienseminar für Mess- und Regelungstechnik

Die Detektion einzelner Lichtquanten ist wichtig für die Quantenkommunikation, Fernerkundung usw. Aufgrund ihrer hohen Detektionseffizienz, des außergewöhnlichen Signal-Rausch-Verhältnisses und der schnellen Wiederherstellungszeiten sind supraleitende Nanodraht-Einzelphotonendetektoren (SNSPDs) zu einer entscheidenden Komponente in diesen Anwendungen geworden. Der Betrieb konventioneller SNSPDs erfordert jedoch kostspielige Kryokühler. In der Arbeit [1] hat eine internationale Gruppe von Forschern den Einzelphotonenbetrieb für zwei Typen von Hochtemperatursupraleitenden Nanodrähten demonstriert. Dieser Vortrag wird eine Einführung in die Grundlagen der SNSPDs enthalten und einige der Perspektiven für die Verwendung von Hochtemperatursupraleitern in der Photonen-Zählung umreißen."

(gerne auf Englisch)

The detection of individual quanta of light is important for quantum communication, remote sensing еtс. Due to their high detection efficiency, exceptional signal-to-noise ratio and fast recovery times, superconducting-nanowire single-photon detectors (SNSPDs) have become a critical component in these applications. However, the operation of conventional SNSPDs requires costly cryocoolers. In the recent work [1], an international group of researchers has demonstrated single-photon operation for two types of high-temperature superconducting nanowires. This talk will contain a introduction to the foundations of SNSPDs and outline some of the prospects of use of high-temperature superconductors in photon counting.

Betreuerin: Dr. Zahra Makhdoumi Kakhaki

Quantum Charge-Coupled Devices (QCCDs) sind eine spezielle Form von Ionenfallen Quantencomputern, welche besonders gut skaliert werden können. In Ionenfallen im allgemeinen werden Einzelionen, zum Beispiel Beryllium- oder Kalziumionen, als Qubits verwendet. Mit diesen Quantencomputern können dann bestimmte Berechnungen durchgeführt werden, welchen mit klassischen Berechnungsmethoden zu aufwändig wären. Das Besondere bei QCCD sist, dass sie modular aufgebaut sind und somit sehr einfach skalierbar sind. Häufig sind diese Module in Berechnungszonen, Speicherzonen und Ladezonen unterteilt, welche in beliebiger Kombination miteinander verbunden werden können.

Betreuer: Marius Neumann, M.Sc.

Bei Quantenkaskadenlasern handelt es sich um Halbleiterlaser, die besonders langwellige Strahlung im mittel- oder ferninfraroten Teil des elektromagnetischen Spektrums erzeugen. Sie bestehen aus einer periodisch wiederholten Sequenz von verschiedenen Halbleitermaterialien, die Quantentöpfe und -barrieren bilden. Wird die Bandstruktur durch Anlegen der Versorgungsspannung verkippt, gelangen Elektronen durch den Tunneleffekt vom unteren Laserniveau einer Periode ins obere Laserniveau der nächsten, können dort durch stimulierte Emission ein Photon emittieren und dabei ins untere Laserniveau fallen, usw. Dadurch ist die Frequenz der Strahlung nicht mehr direkt von der Bandlücke abhängig, sondern von der Sequenz der Quantentöpfe, und Emission ist auch im ansonsten technisch schwierig beherrschbaren Ferninfrarot- bzw. THz-Bereich möglich. Im Seminarvortrag soll insbesondere die Funktionsweise und Anwendung vorgestellt werden.

Betreuer: Julius Mumme, M.Sc.

Zur Herstellung von Spannungsstandards werden in Supraleitern gezielt Fehlstellen erzeugt, die sogenannten Josephson-Kontakte. An diesen Kontakten können mittels hochfrequenter Anregung feste Spannungen (Shapiro-Stufen) eingestellt werden, die nur von Naturkonstanten und der Anregungsfrequenz abhängen. Diese Spannungen sind allerdings sehr klein. Daher ist es notwendig, viele Josephson-Kontakte in Reihe zu schalten, um z.B. eine Spannung von 1 V zu erreichen. Dabei müssen sich die Shapiro-Stufen überlappen, damit eine konstante Spannung erreicht werden kann. Daher gibt es die Idee, Shapiro-Stufen zu nutzen, die bei einem Strom von 0 A auftreten, da diese sich automatisch überlappen. Solche Stufen werden Zero Bias Shapiro Steps genannt.

Der Vortrag soll die Herstellung von Josephson-Kontakten sowie das Phänomen der Shapiro-Stufen erläutern. Weiterhin soll erklärt werden, unter welchen Bedingungen Zero Bias Shaprio Stufen entstehen und wie sie in einem Spannungsstandard genutzt werden können.

Betreuer: Marc-André Tucholke, M. Sc.